摘要：电力系统的电厂是我国国民经济的基础产业，在电厂的运转过程中，对于仪表的控制系统也发生着改变。传统的仪表控制系统已经无法满足现代电厂设备的运转，对于仪表控制系统的更新是势在必行的，所以DCS系统的引进，对电厂热力系统的运行提供了很大的推动力，在运行的参数调节上有了很大的改善，而且得到了有力的保护和控制。
关键词：仪表发展；DCS系统；应用
一、与仪表发展的历史阶段介绍
随着信息科学技术的不断发展与进步，计算机技术及通信电子技术水平的不断提高为仪表的发展创造了无比优越的条件和环境。从最初的电子管型的仪表在经过了晶体管型、集成电路型、智能型三个时期后渐渐发展成为如今已经很完善的DCS控制系统。
我们知道，电厂早期所使用的仪表是常规性的仪表。它对热力参数的监控主要是通过传感器、变送器和仪表线路等将现场参数的变化情况传送到控制室的仪表显示屏上或者是控制器上，相应的工作人员对这些参数进行监视与控制。在七十年代初期，小型机开始得到应用，原有的用来集中安装的模拟仪表控制被逐渐取代。小型机既可以用来作为控制器，同时又可以将连接小型机的CRT做为显示装置。由于小型机同模拟仪表一样，要连接的电缆比较多，完成同路的运算量也较大，一旦出现危险就会很集中，而且控制与显示也会因小型机的损坏而失去作用，这样也就很难达到数字控制的目的。为了弥补和改善这种危险集中的缺陷，人们提出危险分散的思想，将一台小型机的风险分担给数台，并将控制与显示分开管理。通过一台计算机实现控制计算，另一台完成显示工作。同时，将原来由一台小型机单独完成的运算工作分配给几台甚至是几十台来共同完成与实现。这样其中的任何一台出现故障就不会影响到整体的控制。随着技术的不断发展，显示、操作、打印等一系列的功能逐渐被集成到一起，形成一种高效的便于管理的集散系统。近些年来，计算机通信技术的飞速发展，使计算机的运算能力和存储容量大大增加，可靠性和安全性大有提高。加上控制器与网络等冗余技术的不断发展，就逐渐形成了今天我们都比较熟悉也是比较常用的DCS系统，DCS系统是相对于集中式控制系统而言的一种新型的计算机控制系统。
二、DCS监控系统的原理
70年代初，有人用如PDP/1124这样的小型机代替原来的集中安装的模拟仪表控制。连接到中央控制室的电缆很多。如用小型机既作为控制器、同时把连接小型机的CRT又作为显示设备（即人机界面）。一台小型机需接收几千台变送器或别的传感器来的信号，完成几百个回路的运算。很显然其危险有点集中。和模拟仪表连接的电缆一样多，并且一旦小型机坏了，控制和显示都没有了。数字控制没有达到预期的目的。后有人提出把控制和显示分开。一台计算机完成控制计算任务，另一台计算机完成显示任务。另外，一个工艺过程作为被控对象可能需要显示和控制的点很多，其中有一些还需要闭环控制或逻辑运算，工艺过程作为被控对象的各个部分会有相对独立性，可以分成若干个独立的工序，再把在计算机控制系统中独立的工序上需要显示和控制的输入、输出的点分配到数台计算机中去，把原来由一台小型机完成的运算任务由几台或几十台计算机（控制器）去完成。其中一台机器坏了不影响全局。所谓“狼群代替老虎”的战术，这就是危险分散的意思。把显示、操作、打印等管理功能集中在一起，用网络把上述完成控制和显示的两部分连成一个系统。
三、DCS系统在电厂中的应用
当前新建电厂主流机型大都是超超临界的600MW机组，本文以下以某600MW机组为例探讨一下DCS系统在电厂中的应用。
3.1目标。DCS应用于电厂应该以电厂安全、经济、优化运行为目标，它必须紧密结合电厂的实际生产过程，以功能及被控设备为对象，经分层及分布的软硬件设计，统一的数据管理和数据格式以及人机接口来实现最优化的控制及运行策略。
3.2子系统。DCS系统在硬件及软件分配上除设立DAS（数据采集系统）、MCS（模拟量控制系统）、SCS（顺序控制系统）及FSSS（火焰安全监测系统）等必备子系统以外，还应以被控对象以及功能区域来设立其它子系统，如电气控制系统、汽机旁路控制系统、给水系统、燃烧系统、风烟系统等。
3.3基本性能要求。DCS系统除了满足高可靠性与安全性要求外，还必须具备以下一些基本功能：
（1）系统实时性。必须保障包括画面调用时间、参数刷新时间、操作指令响应时间以及信号扫描周期在内的系统实时性要求。
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（2）电平时满足±0.1%和±0.2%，输出信号±0.25%。
（3）事故顺序SOE点的分辨率。SOE输入信号的分辨率应不大于1毫秒。
（4）历史站容量与采集周期。历史数据收集站不能少于60GB，采集时间不能超过0.5s。
（5）抗干扰能力。所有输入输出模件应能抗共模干扰电压250V，差模干扰电压60V。
（6）系统容错能力。包括网络局部中断或控制器各类故障下的系统自愈能力，非法输入的容错能力，设备断电的正常恢复能力等。
（7）控制器负荷率与裕量。在各种工况下，每个控制器CPU的负荷率不大于60%，操作员站CPU负荷率不大于40%。
（8）网络通讯负荷率。一般数据通讯总线的负荷率不应超过40%，对于以太网不应超过20%。
（9）系统电源裕量。系统应接受双路供电，并能够进行双路无扰切换。
（10）其他功能。包括：报表打印功能；报警功能；系统组态与在线下载功能；通道和模件及网络的自诊断功能；输出通道自保持功能；控制器与网络设备的冗余切换功能；电源切换功能；全部失电和部分失电的系统响应。
（11）系统可利用率。现场对DCS系统可靠性试验主要是可利用率试验（SAT）。可利用率表明了一个可恢复特性的装置或系统能在规定的时间内完成其规定功能的概率。通过可利用率试验，验证机组DCS连续可靠运行能力。一般要求系统可利用率达到99.9%以上。
四、电厂DCS功能分析
目前大机组的仪控系统大多选用DCS系统。
DCS系统在火电厂发电机组控制中的应用已有10多年的历史了，而且正在越来越多地得到应用。DCS系统是相对于计算机集中控制系统而言的计算机（或微机）控制系统，它是在对计算机局域网的研究基础上发展起来的，是过程控制专家们借用计算机局域网研究成果，把局域网变成一个实时性，可靠性要求很高的网络型控制系统，运用于过程控制领域。这样的控制系统给我们带来以下一些好处：
（1）故障分散是推出DCS系统的最大理由，DCS系统就是要解决集中控制系统致命的弱点―故障集中。故障分散的理由是DCS系统采用了大量的微处理器，各个微处理器承担一个范围较小的（地域上）控制任务，某个微处理器故障不会影响整个系统的正常工作。
（2）缩小控制室尺寸或控制表盘的长度。
（3）大量缩减控制系统所需的电缆。
（4）大量减少控制系统所需的备品备件种类及数量。
（5）减少工艺生产的运行对仪表控制设备厂商的依赖，减少仪控人员培训所需的费用。
（6）提供了控制系统构成的灵活性，具有组态便利和可扩展性。
（7）实现过程实时参数和历史数据的管理，提供性能计算，设备寿命计算等功能。这是传统的仪表控制系统所望尘莫及的。
结语：
DCS系统有着非常完美的功能展现，在电厂的实际运用中也发挥了极大的优势。市场经济形势的变化，对电厂仪表的控制系统有着极高的要求标准，如果仪表控制系统不能够很好的适应现有的运行模式，那么电厂在激烈的市场竞争中将会处于被动的局面，而企业的发展带来不利的影响。DCS系统实现了全面的智能化工作流程，在使用上简便灵活，操作简单，对于精度的控制有着很好的准确性。
参考文献：
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[4]刘文铁，阮根健，孙洪宾.锅炉热工测试技术[M].哈尔滨工业大学出版，2017.
论文作者:孟宪霞,张超
论文发表刊物:《河南电力》2019年1期
论文发表时间:2019/9/3
标签：系统论文; 控制系统论文; 小型机论文; 电厂论文; 仪表论文; 功能论文; 一台论文; 《河南电力》2019年1期论文;